JP2009059984A - レジスト塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レジスト微粒子を小さくして膜厚を均一にした電着レジスト膜を高精度に形成できるスプレーレジスト法によるレジスト膜の塗布装置を提供する。
【解決手段】レジスト塗布装置（１００）は、圧電体ウエハ（１０）にレジスト（Ｒ１）を塗布するレジスト塗布装置である。そして、レジスト塗布装置（１００）は、ミスト状のレジストを塗布する所定断面を有する吐出ノズル（７１）と、吐出ノズルの所定断面の中央部分に配置され、吐出方向に延びた軸を有する電極針（７２）と、電極針に所定電圧を印加する電圧印加部（７９）と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明はレジスト膜塗布装置を技術分野とし、特に圧電振動子として形成される圧電体ウエハにレジスト膜を形成する電着塗布装置に関するものである。

水晶振動子は周波数制御素子として発信機器に組み込まれて、通信機器を含む各種の電子機器に内蔵される。通信機器の小型化、薄型化に伴い、水晶振動子の一層の小型化、薄型化が要求されている。

通常では、水晶振動子を圧電体ウエハの全面に設けてスプレーレジスト法によって電着レジスト膜を形成させる。たとえば特許文献１は、厚みが均一なレジスト膜を形成させるため吐出ノズル先端に設けた電極針を複数本として、吐出ノズルの外周に均等間隔で配置される。これによりムラのない膜厚が均一な電着レジストが形成できる。
特開２００６−５８６２８号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の発明は、ミスト状のレジスト微粒子を吐出ノズルの先端で帯電させる電極針を、吐出ノズル外周に備えた構造のため、電極針の周辺に発生した微細な渦の影響を受け、ウエハ基板の表面に加工された凹凸の角部分に、安定して薄いレジスト膜が得られない問題があった。

また、吐出ノズルからのレジスト微粒子は吐出ノズルの外周に複数本均等配備された電極針によって、イオン化されて圧電体ウエハに到達して電着レジスト膜を形成する。しかし、電極針にレジスト微粒子が付着して、シンナーなどの溶剤で拭き取るなどの調整に問題があった。
また、付着した状況によりレジスト微粒子のイオン化が不均一となり、安定して薄いレジスト膜が得られない問題があった。

さらに、吐出ノズルは吐出ノズル外部に電極針を備えている。吐出ノズル外部に電極針を単一に備えた場合には、電極針から遠ざかる方向にイオン風を生じて、均一な厚さのレジスト膜が得られない問題があった。

そこで本発明は、レジスト微粒子を小さくして膜厚を均一にした電着レジスト膜を高精度に形成できるスプレーレジスト法によるレジスト膜の塗布装置を提供することにある。

第１の観点のレジスト塗布装置は、圧電体ウエハにレジストを塗布するレジスト塗布装置において、ミスト状のレジストを塗布する所定断面を有する吐出ノズルと、吐出ノズルの所定断面の中央部分に配置され、吐出方向に延びた軸を有する電極針と、電極針に所定電圧を印加する電圧印加部と、を備える。
この構成により、吐出ノズルから塗布されるミスト状のレジストと電極針との距離がほぼ均等になるため、ミスト状のレジストがほぼ同じ電位に帯電する。したがって、ミスト状のレジストが圧電体ウエハにほぼ均一に塗布される。

第２の観点のレジスト塗布装置は、電極針の先端部と圧電体ウエハとの距離が１０ｍｍから１００ｍｍまでに設定され、電圧印加部が針電極と圧電体とに５０ｋＶから１５０ｋＶの電圧を印加する。
圧電体ウエハに使用されるミスト状のレジストを均一に圧電体ウエハに塗布する際には、この範囲に電圧及び距離を設定すると、圧電体ウエハに形成された角部又は貫通孔にもレジスト層を形成しやすい。

第３の観点のレジスト塗布装置の電極針は、比抵抗が１＊１０−５Ωｃｍ以下の材料を含む。
比抵抗、すなわち単位体積当たりの抵抗が１＊１０−５Ωｃｍ以下であると、ミスト状のレジストを均一に帯電させやすい。

第４の観点のレジスト塗布装置の電極針は、軸から放射状に伸びる突起を有する。
この構成によると、吐出ノズルから塗布されるミスト状のレジストと電極針との距離をより均等にすることができるため、ミスト状のレジストをほぼ同じ電位に帯電させることができる。

第５の観点のレジスト塗布装置は、圧電体ウエハを基準電位点に接続するとともにこの圧電体ウエハを吐出ノズルに交差するように支持する基板保持部を備える。
ミスト状のレジストは圧電体ウエハに塗布されると基準電位になり、それまでクーロン力で互いに反発していたミスト状のレジストが互いに引っ付きレジスト膜を形成することができる。

本発明によれば、角部であってもウエハ基板上にレジストの塗布厚を均一に、薄く形成することができる。
以下に、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

＜レジスト塗布装置の概略＞
図１は、水晶ウエハ基板１０に対してレジスト微粒子Ｒ１を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布装置１００の構成例を示す概略断面図である。レジスト塗布装置１００は、塗布チャンバ７０、レジスト微粒子生成チャンバ８０およびレジストタンク９０を備えている。

レジストタンク９０には、レジスト剤Ｒ２が入っている。たとえば、レジスト剤Ｒ２は、ノボラック系ポジレジストである。レジストタンク９０内のレジスト剤Ｒ２は、液体供給ポンプ９２によってレジスト微粒子生成チャンバ８０に送られる。レジストタンク９０内は約１０°Ｃ〜３０°Ｃに設定されている。

液体供給ポンプ９２によって送られたレジスト剤Ｒ２は、まずレジスト微粒子生成チャンバ８０の上部に取り付けられたスプレーノズル８２に送られる。また、レジスト剤Ｒ２を噴霧するため加圧された窒素（Ｎ_２）又はアルゴンなどの不活性ガスのキャリアガスがスプレーノズル８２に供給されている。スプレーノズル８２は、二流体ノズルになっており、内側の配管からレジスト剤Ｒ２が噴出され、内側の配管を覆う外側配管からキャリアガスが噴出される。このためスプレーノズル８２は、レジスト剤Ｒ２を微粒子（ミスト状）に噴霧することができる。

微粒子となったレジスト微粒子Ｒ１はレジスト微粒子生成チャンバ８０内に漂う。レジスト微粒子Ｒ１のうち、大きな直径のレジスト微粒子Ｒ１、すなわち重量のあるレジスト微粒子Ｒ１はレジスト微粒子Ｒ１自体の自重によってレジスト微粒子生成チャンバ８０の下方に落ちる。レジスト微粒子生成チャンバ８０の下方に落ちたレジスト微粒子は、互いにくっついてレジスト剤Ｒ２となる。そしてレジスト剤Ｒ２は一時的にレジスト微粒子生成チャンバ８０の底面に蓄えられ、バルブ８４を経由して戻しポンプ９４によりレジストタンク９０に再び戻される。

一方、小さな直径のレジスト微粒子Ｒ１は、レジスト微粒子生成チャンバ８０の下方に落ちることなくレジスト微粒子生成チャンバ８０内で漂う。そして、レジスト微粒子Ｒ１は、排出口８１からキャリアガスとともに吐出ノズル７１に供給される。つまり、レジスト微粒子生成チャンバ８０はキャリアガスで加圧され、キャリアガスの加圧力によりレジスト微粒子Ｒ１が排出口８１を経由して塗布チャンバ７０内に配置された吐出ノズル７１に送られる。

レジスト微粒子Ｒ１は、塗布チャンバ７０内でキャリアガスとともに吐出ノズル７１から、水晶ウエハ基板１０の表面１０ａに向かって噴射される。水晶ウエハ基板１０は、オリエンテーションフラット１０ｃにチャック７３で水平に保持されている。チャック７３は、Ｙ方向駆動手段７５に接続され、図１で左右方向に移動可能である。また、Ｙ方向駆動手段７５がＸ方向駆動手段７７に接続され、チャック７３は、図１中で紙面表裏方向（前後方向）に移動可能である。この構成については、図３を使って詳述する。

塗布チャンバ７０内で水晶ウエハ基板１０に塗布されなかったレジスト微粒子Ｒ１は、互いに引っ付きあい自重により塗布チャンバ７０底面に落ちる。これらが集まることによりレジスト剤Ｒ２となり、バルブ８５を経由して戻しポンプ９４によりレジストタンク９０に再び戻される。なお、レジスト剤Ｒ２からレジスト微粒子Ｒ１にする過程で、レジスト剤Ｒ２の溶剤、たとえばシンナーが気化していくので徐々にレジスト剤Ｒ２の濃度が濃くなっていく。このため、塗布チャンバ７０又は他の配管に溶剤を定期的に補充していくことが好ましい。

＜水晶ウエハ基板＞
図２（ａ）は、本実施形態に用いる円形の水晶ウエハ基板１０の構成を示す斜視図である。円形の水晶ウエハ基板１０は、たとえば厚さ０．８ｍｍの人工単結晶水晶からなり、円形の水晶ウエハ基板１０の直径は３インチ又は４インチである。さらに、円形の水晶ウエハ基板１０は軸方向が特定できるように、水晶ウエハ基板１０の周縁部１０ｅの一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット１０ｃが形成されている。

図２（ｂ）は、本実施形態に用いる矩形の水晶ウエハ基板１５の構成を示す斜視図である。矩形の水晶ウエハ基板１５は、たとえば厚さ約０．８ｍｍの人工水晶からなり、矩形の水晶ウエハ基板１５の一辺は２インチである。さらに、矩形の水晶ウエハ基板１５は軸方向が特定できるように、水晶ウエハ基板１５の周縁部１５ｅの一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット１５ｃが形成されている。

図２（ａ）の円形の水晶ウエハ基板１０および図２（ｂ）の矩形の水晶ウエハ基板１５は、すでに音叉型水晶振動片２０が形成された状況を示している。音叉型水晶振動片２０は、完全に１個の振動片とはなっておらず、音叉型水晶振動片２０の基部の一部が円形の水晶ウエハ基板１０又は矩形の水晶ウエハ基板１５と接続されている。このため、一つ一つの音叉型水晶振動片２０をパレットなどに並べて処理することなく、数百から数千個の音叉型水晶振動片２０を一枚の水晶ウエハ基板１０および水晶ウエハ基板１５として、取り扱うことができる。

水晶ウエハ基板１０は音叉型水晶振動片２０が形成された後、電極膜１８がスパッタリングなどで形成される。電極膜１８は、水晶ウエハ基板１０にクロム（Ｃｒ）層を数百オングストロームで形成し、そのクロム層の上に金（Ａｕ）層を数百オングストロームで形成した構成である。電極膜１８は、音叉型水晶振動片２０が形成されたことによる貫通孔およびオリエンテーションフラット１０ｃなどにも形成される。なお、以下の実施形態では、図２（ａ）に示すオリエンテーションフラット１０ｃを有する円形の水晶ウエハ基板１０で説明する。

＜ウエハ駆動手段の構成＞
図３（ａ）は、図１の塗布チャンバ７０内の拡大図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の平面図である。吐出ノズル７１から吐出されたレジスト微粒子Ｒ１は、水晶ウエハ基板１０を均一な厚さで満遍なく塗布するために、Ｙ方向駆動手段７５およびＸ方向駆動手段７７が矢印ＡＲ１方向および矢印ＡＲ２方向に移動可能である。これにより水晶ウエハ基板１０が移動する。Ｙ方向駆動手段７５およびＸ方向駆動手段７７は、リニアモータで構成されたり、ステッピングモータとボールネジとから構成されたりする。水晶ウエハ基板１０の移動速度は、レジスト微粒子Ｒ１の膜厚と、吐出ノズル７１からのレジスト微粒子Ｒ１の供給量によって適宜設定する。

チャック７３、Ｚ方向駆動手段７５又はＸ方向駆動手段７７の外側表面は、プラスチックなどの非導電性材料で覆う。チャック７３は、水晶ウエハ基板１０のオリエンテーションフラット１０ｃを保持する。チャック７３は、オリエンテーションフラット１０ｃの電極膜１８と接する部分のみ導電性材料が表面に出ている。レジスト微粒子Ｒ１がチャック７３又は駆動手段などに付着しにくくするためである。

吐出ノズル７１は中央に電極針７２が備えられ、その電極針７２には直流電源部７９から５０ｋＶ〜１５０ｋＶ程度の高電圧の直流が印加されている。一方、水晶ウエハ基板１０の電極膜１８は接地されるように構成されている。レジスト微粒子Ｒ１が電極針７２の近傍を通過する際にレジスト微粒子Ｒ１が帯電される。このため、吐出ノズル７から吐出されたレジスト微粒子Ｒ１は吐出圧力とともにクーロン力によって水晶ウエハ基板１０に塗布される。

水晶ウエハ基板１０には、数百から数千個の音叉型水晶振動片２０が設けられているため、複数の貫通穴又は凹凸が水晶ウエハ基板１０に形成されている。たとえば図３（ａ）では、一つの貫通穴１０ｆを誇張して描いてある。塗布されるレジスト微粒子Ｒ１は、クーロン力により貫通穴１０ｆ内部にもそして角部にも均一に形成される。

本実施形態では、吐出ノズル７１が固定され水晶ウエハ基板１０がＸＹ平面で移動する構成にしたが、吐出ノズル７１がＸＹ平面で移動し水晶ウエハ基板１０が固定される構成でもよい。また、レジスト微粒子Ｒ１はクーロン力で水晶ウエハ基板１０に引っ付くため、重力作用はほとんど無視できるため、吐出ノズル７１を水平に固定し水晶ウエハ基板１０をＸＺ平面又はＹＺ平面に移動する構成としてもよい。

＜吐出ノズルの構成＞
図４Ａおよび図４Ｂは、吐出ノズル７１、電極針７２および水晶ウエハ基板１０の関係を示した概念図である。吐出ノズル７１は直線状の吐出ノズル７１ａと末広がりに開口が大きくなる吐出ノズル７１ｂとが適用できる。また、電極針７２は軸上に伸びる一本の電極針７２ａと軸上に伸びる針の先端部から複数に放射状に分岐する電極針７２ｂもしくは７２ｃが適用できる。

図４Ａ（ａ）において、吐出ノズル７１ａは、直径φＲでの円筒形状又は断面が楕円形状でそのほぼ中央に電極針７２ａが取り付けられている。電極針７２ａには、直流電源部７９より５０ｋＶ〜１５０ｋＶ程度の正又は負の高電圧で、１０ｍＡ〜８０ｍＡの電流が印加される。また吐出ノズル７１ａは長さ５０ｍｍ〜１５０ｍｍの大きさで直径φＲは１０ｍｍ〜２０ｍｍである。

電極針７２ａの先端は吐出ノズル７１ａの先端から長さＬ２だけ突き出た構造となっている。長さＬ２は電極針７２ａへの印加電圧又はレジスト種類などによって適宜変更可能であるが１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度である。また、吐出ノズル７１ａの先端から水晶ウエハ基板１０までの長さＬ１離れている。長さＬ１は電極針７２ａへの印加電圧又はレジスト種類などによって適宜変更可能であるが１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度であり、好ましくは３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度である。

電極針７２ａが高電圧に印加されることにより、レジスト微粒子Ｒ１が正又は負に帯電する。一方、水晶ウエハ基板１０を保持するチャック７３、Ｚ方向駆動手段７５又はＸ方向駆動手段７７の部材は接地されるように構成されている。つまり、水晶ウエハ基板１０に形成された電極膜１８は０Ｖになっている。このため、吐出ノズル７１ａから噴霧されるレジスト微粒子Ｒ１は、水晶ウエハ基板１０の電極膜１８にクーロン力により塗布される。また、吐出されるレジスト微粒子Ｒ１は、同一極性に帯電しているので互いにクーロン力によって反発し、レジスト微粒子Ｒ１は拡散し均一に分布して水晶ウエハ基板１０の表面に到達する。到達したレジスト微粒子Ｒ１は水晶ウエハ基板１０の電極膜１８に電荷を放出する。

レジスト微粒子Ｒ１の径は数ミクロン又は１ミクロン以下となるが、表面張力が働いているので電極膜１８に付着後に膜となった状態ではレジスト微粒子Ｒ１の径よりも小さな膜厚の膜が形成される。また、吐出ノズル７１ａは、備えられた電極針７２ａに印加する電圧に応じて、水晶ウエハ基板１０に形成するレジスト層の膜厚を調整することができる。すなわち電極針７２ａの電位を高く設定すれば拡散径が縮小し、電極針７２ａの電位を低く設定すれば拡散径が拡大する方向となる。また、吐出ノズル７１ａと水晶ウエハ基板１０との距離が短ければ拡散径が縮小する方向となる。また、吐出ノズル７１ａと水晶ウエハ基板１０との相対移動速度が速くなれば塗布されるレジスト層が薄くなる。これらの条件を考慮して、水晶ウエハ基板１０に必要なレジスト層の膜厚又は貫通孔への塗布を最適化する。

本実施形態では、電極針７２ａはステンレス鋼（ＳＵＳ）を用いたが、基本的に比抵抗が１×１０^−５Ωｃｍ以下の材料であれば適用できる。たとえば、銀、銅、アルミニウム、クロム、ニッケル又は炭素鋼などの材料が好ましい。また、電極針７２ａを吐出ノズル７１ａは中央に配置することで、吐出ノズル７１ａから吐出されるレジスト微粒子Ｒ１をほぼ同じ電荷に帯電させることができる。

図４Ａ（ｂ）は、（ａ）の変形例であり、吐出ノズル７１ａは中央に軸上に伸びる針の先端部から放射状に複数分岐する電極針７２ｂを有している。電極針７２ｂの先端が放射状に複数分岐しているため、吐出ノズル７１ａから吐出するレジスト微粒子Ｒ１と電極針７２ｂとの距離を均一化することができる。レジスト微粒子Ｒ１が同電位に帯電すると、より均一に水晶ウエハ基板１０にレジスト層を塗布することができる。

図４Ｂ（ｃ）は、（ｂ）の変形例であり、末広がりに開口が大きくなる吐出ノズル７１ｂが塗布チャンバ７０内に配置される例である。吐出ノズル７１ｂにおいてもその中央に軸上に伸びる針の先端部から放射状に複数分岐する電極針７２ｃを有している。吐出ノズル７１ｂは最大開口直径φＷＲを有している。直径φＷＲはたとえば３０ｍｍ〜６０ｍｍ程度である。末広がりに開口が大きくなったため、電極針７２ｃは電極針７２ｂと比べて放射状の分岐数が増えている。吐出ノズル７１ｂを使うと広範囲のレジスト微粒子Ｒ１の塗布が可能となる。

図４Ｂ（ｄ）は、（ａ）の変形例であり、吐出ノズル７１ａは中央に軸上に伸びる電極針７２ａを有しており、その吐出ノズル７１ａの直径φｒは５ｍｍ〜１０ｍｍ程度になっている。そしてこのような吐出ノズル７１ａが直線状に並列して配置されている。図示しないが排出口８１は１つであり、そこから配管で分割されて複数の吐出ノズル７１ａにレジスト微粒子Ｒ１が供給される。複数の吐出ノズル７１ａを使っても広範囲のレジスト微粒子Ｒ１の塗布が可能となる。

スプレーノズル８２は、レジスト剤Ｒ２を噴霧するため加圧された窒素又はアルゴンなどの不活性ガスのキャリアガスが供給されるとしたが、基本的には加圧ガスであれば適用できる。
また、レジスト膜の形成される対象物は凹凸を有する水晶ウエハ基板１０としたが、平板状であっても他の材料であっても適用できる。また上記実施形態では水晶ウエハで説明しているが、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。

レジスト微粒子の塗布に関する一実施例を説明するレジスト膜塗布装置１００の構成例を示す概略断面図である。 （ａ）は本実施形態に用いる円形の水晶ウエハ基板１０を示す斜視図、（ｂ）は矩形のウエハ基板１５を示す斜視図である。 （ａ）は図１の塗布チャンバ７０内の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図である。 （ａ）は図１の吐出ノズル７１ａの拡大図であり一本の電極針７２ａを示す概略断面図である。 （ｂ）は放射状に複数本に分岐した電極針７２ｂの構成を示す概略断面図である。 （ｃ）は末広がりの吐出ノズル７１ｂで放射状の電極針７２ｃの構成を示す概略断面図である。 （ｄ）は細い吐出ノズル７１ａを複数本並列に配置した構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１０ … 水晶ウエハ基板、（１０ａ … 表面、１０ｃ … オリエンテーションフラット）
１５ … 水晶ウエハ基板（１５ｃ … オリエンテーションフラット，１５ｅ … 周縁部）
１８ … 電極膜
２０ … 音叉型水晶振動片
７０ … 塗布チャンバ
７１，７１ａ，７１ｂ … 吐出ノズル
７２，７２ｂ，７２ｃ … 電極針
７３ … チャック
７５ … Ｙ方向駆動手段
７７ … Ｘ方向駆動手段
７９ … 直流電源部
８０ … レジスト微粒子生成チャンバ
８１ … 排出口
８２ … スプレーノズル
８４，８５ … バルブ
９０ … レジストタンク
９２ … 液体供給ポンプ
９４ … 戻しポンプ
１００ … レジスト塗布装置
ＡＲ１，ＡＲ２ … 矢印
Ｌ１，Ｌ２ … 長さ
Ｒ１ … レジスト微粒子
Ｒ２ … レジスト剤

Claims (5)

1. 圧電体ウエハにレジストを塗布するレジスト塗布装置において、
   ミスト状のレジストを塗布する所定断面を有する吐出ノズルと、
   前記吐出ノズルの所定断面の中央部分に配置され、吐出方向に延びた軸を有する電極針と、
   前記電極針に所定電圧を印加する電圧印加部と、
   を備えたことを特徴とするレジスト塗布装置。
2. 前記電極針の先端部と前記圧電体ウエハとの距離が１０ｍｍから１００ｍｍまでに設定され、
   前記電圧印加部が前記針電極と前記圧電体とに５０ｋＶから１５０ｋＶの電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載のレジスト塗布装置。
3. 
   前記電極針は、比抵抗が１＊１０^−５Ωｃｍ以下の材料を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレジスト塗布装置。
4. 前記電極針は、前記軸から放射状に伸びる突起を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のレジスト塗布装置。
5. 前記圧電体ウエハを基準電位点に接続するとともにこの圧電体ウエハを吐出ノズルに交差するように支持する基板保持部を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のレジスト塗布装置。